烏鴉是動物王國中最聰明的生物之一。它們能夠做出受規則指導的決定，並且能夠創造和使用工具。它們似乎也表現出一種與生俱來的數字感。研究人員現在報告說，這些聰明的鳥類能夠理解遞迴——將結構嵌入到其他類似結構中的過程——這長期以來被認為是人類獨有的能力。
遞迴是語言的一個關鍵特徵。它使我們能夠用簡單的句子構建複雜的句子。例如句子“貓追逐的老鼠跑了。”這裡，從句“貓追逐”被包含在從句“老鼠跑了”中。幾十年來，心理學家認為遞迴是人類獨有的特徵。有些人認為它是將人類語言與其他動物交流形式區分開來的關鍵特徵。但是，關於這個假設的疑問一直存在。“人們一直對非人類動物是否也能掌握遞迴序列感興趣，”安德烈亞斯·尼德實驗室的博士後研究員戴安娜·廖說，安德烈亞斯·尼德是德國蒂賓根大學的動物生理學教授。
在2020年發表的一項關於猴子、成年人和兒童的研究中，一組研究人員報告稱，產生遞迴序列的能力可能並非我們物種獨有。人類和猴子都被展示了一個顯示屏，上面有兩對以隨機順序出現的括號符號。受試者接受訓練，按照“中心嵌入”遞迴序列（例如 { ( ) } 或 ( { } )）的順序觸控它們。在給出正確答案後，人類會收到口頭反饋，而猴子則會獲得少量食物或果汁作為獎勵。之後，研究人員向受試者展示了一組全新的括號，並觀察他們以遞迴方式排列括號的頻率。實驗中的三隻猴子中有兩隻比非遞迴序列（如 { ( } )）更頻繁地生成遞迴序列，儘管它們需要額外的訓練課程才能做到這一點。其中一隻動物在約一半的試驗中生成了遞迴序列。相比之下，三到四歲的兒童在大約 40% 的試驗中形成了遞迴序列。
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這篇論文促使廖和她的同事們調查烏鴉是否也可能具有遞迴能力，因為烏鴉以其著名的認知技能而聞名。該團隊採用了 2020 年論文中使用的協議，訓練了兩隻烏鴉按中心嵌入的遞迴序列啄括號對。然後，研究人員測試了這些鳥類在新符號集上自發生成此類遞迴序列的能力。烏鴉的表現也與兒童相當。這些鳥類在大約 40% 的試驗中產生了遞迴序列——但沒有猴子所需的額外訓練。《科學進展》雜誌今天發表了這項研究結果。
喬治·瓦洛蒂加拉是義大利特倫託大學的神經科學教授，他沒有參與這項工作，他說，烏鴉可以掌握中心嵌入結構，並且它們在這方面比猴子做得更好，“這非常令人著迷”。他補充說，這些發現提出了一個問題，即非人類動物可能會將這種能力用於什麼。“它們似乎沒有任何類似於人類語言的東西，因此遞迴可能與其他認知功能相關，”他說。一種推測是，動物可能使用遞迴來表示其社會群體內的關係。
當 2020 年關於人類和猴子遞迴能力的研究發表時，一些專家仍然不相信猴子理解遞迴。相反，一些人認為，動物透過學習括號的顯示順序來選擇遞迴序列。例如，如果訓練序列是 [ ( ) ]，並且猴子後來被展示了不同的配對，例如 ( ) 和 { }，它們會首先選擇它們從訓練中識別出的括號，然後選擇它們從未見過的新括號對。最後，它們會選擇訓練課程中匹配的括號放在序列的末尾（因為它們已經瞭解到匹配的括號出現在末尾）。
為了解決這個侷限性，廖和她的同事將序列從兩對擴充套件到三對——例如 { [ ( ) ] }。廖說，對於三對符號，在不掌握遞迴基本概念的情況下產生序列的可能性要低得多。在這裡，研究人員也發現，鳥類最有可能選擇中心嵌入的反應。
一些科學家仍然持懷疑態度。阿諾·雷是法國國家科學研究中心的心理學高階研究員，他說，這些發現仍然可以從簡單的聯想學習角度來解釋——動物在其中學習將一個符號與下一個符號聯絡起來，例如將左括號與右括號連線起來。他解釋說，一個關鍵原因是研究設計中的一個特徵：研究人員在他們的集合中在右括號周圍放置了邊框——作者指出，這是幫助動物定義括號順序所必需的。（2020 年的研究也使用了相同的帶邊框佈局。）對於雷來說，這是該研究的一個關鍵侷限性，因為動物可能已經掌握了帶邊框的符號——這些符號總是會出現在遞迴序列的末尾——是獲得獎勵的符號，從而幫助它們簡單地學習開啟和關閉括號的顯示順序。
在雷看來，“遞迴處理”作為一種獨特的認知形式的概念本身就是有缺陷的。他說，即使在人類中，這種能力也最有可能僅透過聯想學習機制來解釋——他和他的同事在2012 年對狒狒的研究中提出了這一點——並且迄今為止，還沒有關於如何將識別和操作此類序列的能力編碼在人腦中的令人滿意的解釋。雷認為，研究人員目前主要分為兩個陣營：一個陣營認為人類語言建立在獨特的能力之上，例如理解遞迴的能力，另一個陣營認為人類語言是從更簡單的過程（例如聯想學習）中產生的。
但廖指出，即使在邊框的幫助下，烏鴉仍然必須弄清楚中心嵌入的順序，即左右括號從外向內配對。換句話說，如果鳥類只瞭解到左括號在序列的開頭，而右括號在結尾，那麼您會期望看到相同比例的 ( { ) } 不匹配和正確的反應。但是，她說，她和她的同事發現，即使使用更復雜的三對括號序列，烏鴉選擇後者的次數也多於前者。
對於廖來說，看到祖先很久以前在生命進化的分支樹上與靈長類動物分道揚鑣的鳥類——也似乎能夠解析和生成遞迴序列，這意味著這種能力是“進化上古老的”，或者它是作為所謂的趨同進化的產物而獨立發展的。廖補充說，由於鳥類的大腦缺乏靈長類動物的分層新皮層，因此這一觀察結果表明，後者的大腦結構可能不是展示這種認知能力所必需的。
瑞典隆德大學認知科學副教授馬蒂亞斯·奧斯瓦特沒有參與這篇新論文，他認為，這項研究結果與一系列研究結果相符，這些研究表明，鳥類擁有與靈長類動物相同的許多認知技能。“對我來說，這只是為令人驚歎的資料目錄錦上添花，這些資料表明鳥類一直被完全誤解了，”奧斯瓦特說。“說哺乳動物在認知上接管了世界，這根本就是錯誤的。”